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本工作对两种典型微波介质陶瓷MgTiO3与Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)进行晶格动力学、振动光谱、微波介电性质等方面的理论与实验研究，致力于微波介质陶瓷晶格振动模(声子)的分析描述、振动光谱的指认以及利用振动光谱研究材料本征介电性质等方面的方法研究。在本研究中，我们进行了如下工作：以群论分析得到了体系的振动对称坐标(振动基元)，并选择以振动坐标线性组合的方式表达体系复杂的振动模形式；关于振动模的分析，利用基于DFT理论的第一性原理计算实现体系晶格动力学的研究，得到了各振动模的理论参数，包括本征频率、对称类型、红外强度、原子相对位移等，并对体系的晶格振动模进行了描述；制得相应的测试样品，对其Raman、远红外反射光谱等振动光谱进行测试，并通过谐振法测试了样品的微波介电性质；参考理论计算的结果，对体系的振动光谱进行了指认；通过振动光谱研究了体系的本征微波介电性质，并得出其与晶格振动模(声子)之间的初步关系；分析了两种体系介电常数与品质因子的理论计算值、振动光谱测试值(本征值)、谐振实验值之间的关系。通过上述研究，得到主要研究成果如下：
完成了对MgTiO3体系及有序BMT[P-3ml(164)]体系振动模的理论模拟与描述。比较MgTiO3与有序BMT的晶格振动模，二者具有以下共同特点：a)对于Raman活性的Ag或Alg振动模，低频的振动模主要表现为阳离子的贡献，高频的振动模主要表现为阴离子的振动，中间频率振动模多表现为所有原子的协同振动。b)对于红外活性的Au或A2u振动模，阴离子在所有这类振动模中一般都表现出较大的振动贡献，但是阳离子的振动贡献不一，贡献较大的振动模多集中在500cm-1以下。c)而对于Eg或Eu振动模，多表现为阴离子多面体的扭曲、拉伸、摇摆等变形振动与阳离子在相应平面内振动的组合，可粗略的看作通常所说的M-O键弯曲、剪切等振动形式。
MgTiO3的Raman光谱中振动峰的指认结果为：225cm-1[Ag(1)]、306cm-1[Ag(2)]、398cm-1[Ag(3)]、500cm-1[Ag(4)]、715cm-1[Ag(5)]及281cm-1[Eg(1))]、328cm-1[Eg(2)]、353cm-1[Eg(3)]、486cm-1[Eg(4)]、641cm-1[Eg(5)]，该结果与样品显微偏振Raman的特征相符；MgTiO3的远红外反射光谱中振动模的初步指认结果为(以横光学模TO标记)：279cm-1[Au(1)]、383cm-1[Au(2)]、472cm-1[Au(3)]、673cm-1[Au(4)]及～262cm-1[Eu(1))]、317cm-1[Eu(2)]、416cm-1[Eu(3)]、531cm-1[u(4)]。
有序BMT的Raman光谱中振动模的初步指认结果为：107cm-1[Alg(1)]、212cm-1[Alg(2)]、433cm-1[Alg(3)]、798cm-1[Alg(4)]与104cm-1[Eg(1)]、160cm-1[Eg(2)]、264cm-1[Eg(3)]、386cm-1[Eg(4))]、576cm-1[Eg(5)]。有序BMT的远红外反射光谱中振动模的初步指认为(以横光学模TO标记)：103cm-1[A2u(1)或Eu(1)]、140cm-1[A2u(2)]、275cm-1[A2u(3)]、314cm-1[A2u(4)]、433cm-1[A2u(5)]、525cm-1[A2u(6)]、631cm-1[A2u(7)]与150cm-1[Eu(2)]、221cm-1[Eu(4)]、233cm-1[Eu(5)]、413cm-1[Eu(6)]、458cm-1[Eu(8)]、592cm-1[Eu(9)]。
本工作中，MgTiO3体系第一性原理计算的介电参数为：ε∞≈4.7，εr≈15.7；由测得的样品远红外反射光谱的拟合，其本征介电参数为：ε∞≈3.9，εr≈15，Q×f≈258000 GHz，样品介电参数的谐振测试值为：εr≈16、Q×f0≈170000GHz(@8GHz)。对于MgTiO3的本征介电性质，阳离子相对于O八面体振动的振动模Eu(2)、Au(1)、Eu(4)、Au(3)对材料微波介电性质的影响较大，而影响最大的Eu(2)模则是O八面体扭曲振动时Mg+相对于O八面体的振动。
通过第一性原理计算，有序BMT介电常数的统计平均值为：ε∞≈4.9，εr≈31；由远红外反射光谱的拟合分析结果，制得BMT样品的本征介电参数：ε∞≈4.1，εr≈29，Q×f≈114000 GHz；而通过谐振实验测得其上述参数为：εr≈29、Q×f0≈120000GHz(@6GHz)。初步得出有序BMT本征微波介电性质与晶格振动的关系为：对于一个振动模，较大的介电常数贡献△εj往往伴随着较大的损耗贡献△tanδj；中低频率的振动模A2u(2)、Eu(4)与Eu(5)对体系介电性质贡献较大，这些振动模一般是为Ba VS.BO6(B=Mg或Ta)A面体的振动或者BO6中B相对于O八面体的振动，因此阳离子位移的振动尤其是BO6的振动是决定体系微波介电性质的关键振动。通过Raman与XRD的研究，从晶格振动的角度而言，当体系B位离子排布的无序度增加时，基于以下两种原因将使得体系的本征损耗增加：激活的振动模数量增加，从而增加了能量消耗；声子的寿命缩短，与其他声子耦合增强，也使得损耗增加。
比较MgTiO3与BMT样品，可以初步得出：体系的介电常数的本征值与谐振实验值相当，也与理论计算值相当，其他因素造成的影响很小；而品质因子却表现出不同的行为，MgTiO3样品的非本征因素对品质因子影响较大，而BMT样品的非本征因素对品质因子影响较小，因此，从本工作结果来看，在研究中，MgTiO3的制备需多考虑样品的制备工艺等非本征因素，而BMT样品的制备则需在烧结的条件下考虑有序度等本征因素。从晶格振动的角度来讲，上述材料的微波介电性质(介电常数与介电损耗)主要由阳离子参与的晶格振动决定。